CUESTIONARIO No. 4
Unidad 2: La capa Física
Capítulo 1: Transmisión de datos
EJERCICIOS
1. Dibuje y comente las diferencias entre una señal analógica y una señal digital
Se representan las señales matemáticamente, como una función variable con el tiempo. Tanto los datos como las señales que los representan pueden estar en forma analógica o digital.
Analógico indica algo continuo, un conjunto de puntos específicos de datos y todos los puntos posibles entre ellos. Un ejemplo de dato analógico es la voz humana. Cuando alguien habla, crea una onda continua de aire. Esta onda puede ser capturada por un micrófono y convertida en una señal analógica. Una señal analógica es una forma de onda continua que cambia suavemente en el tiempo.
Señal analógica
Digital indica algo discreto, un conjunto de puntos específicos de datos sin los puntos intermedios. Un ejemplo de dato digital son los datos almacenados en la memoria de una computadora en forma de unos y ceros. Se suelen convertir a señales digitales cuando se transfieren de una posición a otra dentro o fuera de la computadora. Una señal digital es discreta. Solamente puede tener un número de valores definidos, a menudo tan simples como ceros y unos.
Señales digitales
Una señal digital varía de forma discreta o discontinua a lo largo del tiempo. Parece como si la señal digital fuera variando «a saltos» entre un valor máximo y un valor mínimo.
Por otra parte, una señal analógica es una señal que varía de forma continua a lo largo del tiempo. La mayoría de las señales que representan una magnitud física (temperatura, luminosidad, humedad, etc.) son señales analógicas. Las señales analógicas pueden tomar todos los valores posibles de un intervalo; y las digitales solo pueden tomar dos valores posibles.
Digitalización
Un ordenador o cualquier sistema de control basado en un microprocesador no puede interpretar señales analógicas, ya que solo utiliza señales digitales. Es necesario traducir, o transformar en señales binarias, lo que se denomina proceso de digitalización o conversión de señales analógicas a digitales.
Un medio simple es el muestreado o sampleado. Cada cierto tiempo se lee el valor de la señal analógica.
Si el valor de la señal en ese instante está por debajo de un determinado umbral, la señal digital toma un valor mínimo (0).
Cuando la señal analógica se encuentra por encima del valor umbral, la señal digital toma un valor máximo (1).
El momento en que se realiza cada lectura es ordenado por un sistema de sincronización que emite una señal de reloj con un período constante. Estas conversiones analógico-digitales son habituales en adquisición de datos por parte de un ordenador y en la modulación digital para transmisiones y comunicaciones por radio.
2. Cite ejemplos de dispositivos de comunicaciones que tomen como base la concentración o la multiplexación para efectuar sus operaciones de transmisión.
Multiplexar: es dividir de forma lógica un canal de transmisión en varios canales, lo cual permite enviar datos por “subcanales” de forma simultanea.
CONCENTRACIÓN: (hub), su definición es teóricamente similar a la de la múltiplexación. Lo que la diferencia de la anterior, es que en el caso de la multeplexación la capacidad de transmisión del canal común ha de ser mayor o igual que la suma de las capacidades de transmisión de cada uno de los emisores. Y este requisito no es indispensable en la concentración. Consiste en el aprovechamiento de toda la capacidad de la línea concentrando la transmisión de un terminal en el tiempo.
Los concentradores son dispositivos físicos que se encargan en cierta forma de administrar el canal. Por un canal no pueden ir todas las señales cuando estas quieren, ha de haber un dispositivo que diga a una señal que espere y cuando el canal este libre que pase, esos dispositivos son los concentradores. De hay viene su nombre, puesto que concentran a la señal durante un periodo temporal. Estos dispositivos se encargan de decir a la señal que espere hasta que el canal quede libre y poder darle paso a continuación, es necesario que albergue durante ese tiempo de espera la señal, para esto cuentan con un elemento o memoria que almacena la señal, hasta su lanzamiento. Este proceso lo realiza con varias señales. Un concentrador es un dispositivo “inteligente” (con procesador) y con programa fijo. Suele utilizarse para conectar uno o varios terminales de baja capacidad de comunicación con un host.
El concentrador realiza otras tareas, tales como sondeo de terminales, conversión de códigos y protocolos o almacenamiento del mensaje, en previsión de averías en la línea.
3. Confeccione un esquema con las características técnicas de cada medio de transmisión
El medio de transmisión constituye el soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse en un sistema de transmisión de datos. Distinguimos dos tipos de medios: guiados y no guiados. En ambos casos la transmisión se realiza por medio de ondas electromagnéticas. Los medios guiados conducen (guían) las ondas a través de un camino físico, ejemplos de estos medios son el cable coaxial, la fibra óptica y el par trenzado. Los medios no guiados proporcionan un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las dirigen; como ejemplo de ellos tenemos el aire y el vacío.
La naturaleza del medio junto con la de la señal que se transmite a través de él constituyen los factores determinantes de las características y la calidad de la transmisión. En el caso de medios guiados es el propio medio el que determina el que determina principalmente las limitaciones de la transmisión: velocidad de transmisión de los datos, ancho de banda que puede soportar y espaciado entre repetidores. Sin embargo, al utilizar medios no guiados resulta más determinante en la transmisión el espectro de frecuencia de la señal producida por la antena que el propio medio de transmisión.
4. Un canal sin ruido de 4 kHz se muestrea cada 1 mseg, cuál es la tasa de datos máxima?
Nyquist probó que si se pasa una señal cualquiera a través de un filtro pasa bajas de ancho de banda H, la señal filtrada se puede reconstruir por completo tomando sólo 2H muestras exactas por segundo. Si la señal consiste de V niveles discretos, el teorema de Nyquist establece:
Tasa de datos máxima = 2H log2 V bits / seg
H: 4 kHz = 4000 Hz
V: 1 mseg = 0.001seg
Tasa de datos máxima = 2(4kHz) log2 (1mseg) bits / seg
Tasa de datos máxima = 2(4000Hz) log2 (0.001seg) bits / seg
Tasa de datos máxima = 2(4000Hz) log2 (0.001) bits
Tasa de datos máxima = 4 bps
6. Qué es el teorema de Nyquist?
Harry Nyquist propuso un teorema que ha tenido efectos profundos en la teoría de información así como el diseño práctico de técnicas de comunicaciones de datos que implican la digitalización de señales análogas. Nyquist fue un de los pioneros más importantes de la teoría de comunicación. En 1917 se afilió a ATT y estuvo muy interesado en los problemas relacionados con los circuitos lineales. La linealidad significa que la señal de salida, en uno circuito, es igual la suma total de las señales de salida obtenidos a partir de las señales de entrada enviadas simultáneamente. No todo circuito electrónico es lineal, pero es la linealidad del circuito que nos permite enviar múltiplas mensajes y permitir que los señales viajen en sentidos contrarios al mismo tiempo (full duplex). Esto no implica que la señal de salida es igual a la señal de entrada. La amplitud de la señal puede cambiarse; este es llamado la atenuación y la onda sinusoidal de salida puede elevarse a un valor de pico más tarde que la onda sinusoidal de entrada; este es llamado el cambio de fase o el atraso de señal. Los efectos combinados de atraso y atenuación son conocidos como la distorsión de señal. La cuantidad de distorsión de la señal varía según suya frecuencia.
En 1924, Nyquist publicó el artículo " Certain Factors Affecting Telegraph Speed." Él observó que la velocidad de de una transmisión en el cable era proporcional a la anchura de las frecuencias usadas, hoy conocida como la ancho de banda del circuit.Muestras de una onda sinusoidal puede ser usada para representarla. Una señal de comunicaciones es normalmente una onda compleja, formada de la suma de varias componentes sinusoidales con amplitudes y fases diferentes. Nyquist observó que la tasa de variación de la onda compleja puede ser medida a partir de las frecuencias de oscilación de todos sus componentes. La diferencia entre la tasa de variación máxima de la oscilación (frecuencia más alta) y la tasa de variación mínima de la oscilación (frecuencia más baja) de las ondas sinusoidales de una onda compleja es conocida como ancho de banda de la señal y representa la banda ocupada por la señal.
En 1928 Nyquist publicó uno segundo artículo importante “Certain Topics in Telegraph Transmission Theory”. En ello, Nyquist postuló un teorema que propuso que muestras tomadas dos veces el valor de la frecuencia mayor de la señal puedem representar la señal perfectamente. El teorema está basado sobre la asunción que la transmisión es en uno canal sin ruido. Este es un concepto muy importante, y es extensamente conocido y usado en el campo de ingeniería de telecomunicaciones así como ciencias informáticas e ingeniería. El teorema de Nyquist para un canal sin ruido es expresado como :
La máxima tasa de transmission de datos en un canal sin ruido (capacidad del canal).
Nyquist probó que si se pasa una señal cualquiera a través de un filtro pasa bajas de ancho de banda H, la señal filtrada se puede reconstruir por completo tomando sólo 2H muestras exactas por segundo. Si la señal consiste de V niveles discretos, el teorema de Nyquist establece:
Tasa de datos máxima = 2H log2 V bits / seg
7. Se cumple el teorema de Nyquist para la fibra óptica o solamente para el alambre de cobre?
8. Qué técnica de transmisión transmite señales analógicas?
La mayor parte de la información que se transmite en una red portadora es de naturaleza analógica,
Ej: La voz, El vídeo
La transmisión analógica que datos consiste en el envío de información en forma de ondas, a través de un medio de transmisión físico. Los datos se transmiten a través de una onda portadora: una onda simple cuyo único objetivo es transportar datos modificando una de sus características (amplitud, frecuencia o fase). Por este motivo, la transmisión analógica es generalmente denominada transmisión de modulación de la onda portadora. Se definen tres tipos de transmisión analógica, según cuál sea el parámetro de la onda portadora que varía:
Transmisión por modulación de la amplitud de la onda portadora
Transmisión a través de la modulación de frecuencia de la onda portadora
Transmisión por modulación de la fase de la onda portadora
Cuando aparecieron los datos digitales, los sistemas de transmisión todavía eran analógicos. Por eso fue necesario encontrar la forma de transmitir datos digitales en forma analógica.
La solución a este problema fue el módem. Su función es:
En el momento de la transmisión: debe convertir los datos digitales (una secuencia de 0 y 1) en señales analógicas (variación continua de un fenómeno físico). Este proceso se denomina modulación.
Cuando recibe la transmisión: debe convertir la señal analógica en datos digitales. Este proceso se denomina demodulación.
De hecho, la palabra módem es un acrónimo para MOdulador/DEModulador...
9. Cómo se denomina al compartir un medio y su enlace por dos o más dispositivos?
10. Cuál es el propósito principal de la multiplexación?
MULTIPLEXACIÓN:
El multiplexado es el envío de varias comunicaciones por una sola línea física, sin que se mezclen. Para ello, los orígenes de las diversas comunicaciones se conectan a un equipo multiplexador que separa las diversas comunicaciones. Estos multiplexores son equipos electrónicos sin capacidad de proceso ni memoria, realizan su tarea de forma automática. Se usa multiplexación cuando varios terminales quieren conectarse con un equipo alejado y uno de ellos no consumiría con pleno aprovechamiento la línea disponible. El espacio que necesita cada comunicación se denomina canal.
- Multiplexado por división en el tiempo.- las transmisiones individuales ocupan todo el ancho de banda del canal físico, pero solo durante un intervalo de tiempo.
- Multiplexado por división de frecuencias.- el ancho de banda disponible en la línea física se reparte en trozos de una anchura capaz de albergar un canal. El dispositivo de multiplexación traslada las comunicaciones de su rango de frecuencias nativo al rango que le corresponda, utilizando así toda la capacidad de la línea.
11. Qué técnica de multiplexación transmite señales digitales?
Por división en el tiempo (TDM)
Este método se usa para señales digitales o analógicas que previamente se hayan digitalizado. Consiste en transmitir varias señales por un mismo canal físico, mezclando a distintos intervalos de tiempo (time slot), distintas partes o porciones de la señal. La mezcla se puede realizar bit a bit o en bloques.
TDM (Time Division Multiplexing). Esta técnica es posible cuando la razón de datos a conseguir en el medio es mayor que la razón de datos original de las señales a transmitir, es decir, los intervalos de tiempo en el canal son suficientes para acomodar todas las señales de los emisores. Se pueden transmitir varias señales digitales (o analógicas que transporten datos digitales) en un único camino de transmisión mezclando en el tiempo distintas porciones de las señales originales. La multiplexación temporal requiere la perfecta sincronización entre emisor y receptor.
Lo usual, cuando se tienen varios dispositivos, es que no todas las líneas estén transmitiendo al mismo tiempo, por lo que la velocidad de la línea multiplexada es menor que la suma de las velocidades de todas las líneas. Así, la multiplexación que aprovecha esta circunstancia –estadística- se puede usar para menores velocidades, pero puede dar soporte a más dispositivos conectados
Este es el tipo de multiplexación que se tiende a utilizar, ya que hoy casi todas las señales y mensajes vienen en formato digital. Para ello se requiere de bases de tiempo muy exactas y de una perfecta sincronización entre los equipos, aspectos que no presentan grandes problemas gracias a los avances en la microelectrónica.
12. Qué tipo de multiplexación tiene múltiples caminos?
Por división de frecuencias (FDM)
Consiste en el establecimiento de distintos canales lógicos, con distintas bandas de frecuencia, dentro del canal físico. A cada canal lógico se le asigna una banda de frecuencia centrada en la frecuencia de la señal portadora, sobre la que se va a modular la señal. Cada vez se utiliza menos.
FDM (Frecuency Division Multiplexing). Para multiplexar varios canales juntos, se les asigna a cada canal virtual un ancho de banda lo suficientemente grande para que no interfiera con los demás y mantenerlos separados. Primero se eleva la frecuencia de cada canal original, cada uno en una cantidad diferente y después ya se pueden combinar, porque ahora ya no hay dos canales que ocupen la misma posición del espectro. Esta ha sido la técnica empleada durante mucho tiempo en las transmisiones de conversaciones telefónica, en la que la separación entre canales era de 4 kHz. Pueden aparecer perturbaciones del tipo crosstalk y ruido de intermodulación.
13. Cómo deben ser las conexiones entre los abonados para servicios dedicados?
Servicio de alquiler de circuitos punto apunto o Servicios de conmutación de circuitos
Los circuitos punto a punto permiten la transmisión de voz y/o datos entre los dos puntos fijos que interconectan, especialmente cuando el volumen de información a transmitir es muy alto (tarifa plana) o los puntos a unir están relativamente próximos, ya que en este caso resultan muy ventajosos frente a otras soluciones.
El enlace se realiza mediante circuitos físicos conectados en sus extremos a equipos terminales, sin posibilidad de tener acceso a las redes públicas, lo que permite una disponibilidad permanente y una dedicación exclusiva para los usuarios que lo han contratado. La conexión es transparente a la información y permiten la conexión durante las 24 horas del día con un coste fijo mensual (tarifa plana).
En una conexión de conmutación de circuitos se establece un canal dedicado, denominado circuito, entre dos puntos por el tiempo que dura la llamada. El circuito proporciona una cantidad fija de ancho de banda durante la llamada y los usuarios sólo pagan por esa cantidad de ancho de banda el tiempo que dura la llamada. En ocasiones existe un retardo al comienzo de estas llamadas mientras se establece la conexión, aunque nuevas técnicas de conmutación y nuevos equipos han hecho que este retardo por conexión sea despreciable en la mayoría de los casos.
14. Tienen nivel físico las redes inalámbricas?
Sí
Las redes inalámbricas o WN básicamente se diferencian de las redes conocidas hasta ahora por el enfoque que toman de los niveles más bajos de la pila OSI, el nivel físico y el nivel de enlace, los cuales se definen por el 802.11 del IEEE (Organismo de estandarización internacional).
La capa física define la modulación de las ondas de radio y las características de señalización para la transmisión de datos mientras que la capa de enlace de datos define la interfaz entre el bus del equipo y la capa física, en particular un método de acceso parecido al utilizado en el estándar Ethernet, y las reglas para la comunicación entre las estaciones de la red. En realidad, el estándar 802.11 tiene tres capas físicas que establecen modos de transmisión alternativos:
Cualquier protocolo de nivel superior puede utilizarse en una red inalámbrica Wi-Fi de la misma manera que puede utilizarse en una red Ethernet.
